直流电机如何控制正反转电路？图解分析

电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可（我们称为换相），通常是V相不变，将U相与W相对调节器，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。

好的，理解！直流电机控制正反转的核心在于改变流经电机两端（电枢）的电流方向。最经典、最常用的电路是 H桥电路。下面进行图解和原理分析：

核心原理

电机的旋转方向由磁场方向和电枢电流方向共同决定。对于固定的永磁体（或励磁）磁场，改变电枢电流的方向就能改变旋转方向。

H桥电路原理图（简化概念版）

想象电机位于字母“H”的中央一横的位置，四个臂（垂直的线）由四个开关（Q1-Q4）构成（可以是晶体管、MOSFET、继电器等）。

+VDC (电源正极)
|
|-------[ Q1 ]-------.   .-----[ Q3 ]-------|
|                  .|_|_.
|                 | Motor |
|                  .|_|_.
|-------[ Q2 ]-------'   '-----[ Q4 ]-------|
|
GND (电源负极/地)

Q1, Q2, Q3, Q4： 开关元件（例如功率MOSFET、IGBT、继电器触点）。
Motor： 直流电机（图中显示其电枢部分）。
+VDC： 直流电源正极。
GND： 直流电源负极（地）。

工作状态与控制逻辑

H桥通过对这四个开关进行不同的组合控制，实现电机正转、反转和刹车（快速停止）状态。

1. 正转状态 (假设方向为：从左向右流过电机)

导通开关： Q1 (左上) 和 Q4 (右下)
关闭开关： Q2 (左下) 和 Q3 (右上)
电流路径：
- +VDC -> Q1 -> 电机左端流入 -> 电机右端流出 -> Q4 -> GND
- 此时电流从左向右流过电机。

图示电流流：

+VDC
|
|-------[ Q1 开]--->>---(+) Motor (-)---<<---[ Q4 开 ]-------|
|                       |         |                       |
|-------[ Q2 关]        |         |        [ Q3 关]-------|
|                       .         .                       |
|                       .         .                       |
|                       .         .                       |
|                       .         .                       |
|-------[ Q2 关]        |         |        [ Q3 关]-------|
|                       .         .                       |
GND<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<

2. 反转状态 (电流从右向左流过电机)

导通开关： Q2 (左下) 和 Q3 (右上)
关闭开关： Q1 (左上) 和 Q4 (右下)
电流路径：
- +VDC -> Q3 -> 电机右端流入 -> 电机左端流出 -> Q2 -> GND
- 此时电流从右向左流过电机。

图示电流流：

+VDC
|
|-------[ Q1 关]        |         |        [ Q3 开]--->>---+
|                       .         .                       |
|                       .         .                       |
|                       .         .                       |
|                       .         .                       |
|-------[ Q2 开]---<<---(-) Motor (+)--->>---[ Q3 开 ]-------|
|                       .         .                       |
|-------[ Q2 开]--->>---'         '---<<---[ Q4 关]-------|
|
GND

3. 停止/刹车状态 (快停方式之一：短路制动)

导通开关： Q1 (左上) 和 Q2 (左下) 或 Q3 (右上) 和 Q4 (右下) 或 Q1 & Q3 或 Q2 & Q4
关闭开关： 其余开关
原理：
- 当所有开关都关断时，电机在惯性作用下自由停转（滑行）。
- 短路制动： 同时导通同侧的上下两个开关（如Q1和Q2，或Q3和Q4）。这相当于将电机电枢两端直接短路。此时旋转的电机相当于一个发电机，短路线圈会产生很大的反向电流（再生电流），从而产生强烈的制动力矩使电机快速停止。这个电流会通过开关的内阻或外加电阻消耗掉能量。
- 需要注意： 同时导通上下桥臂（如Q1和Q2）会将电源短路！这是绝对不允许的，会烧毁开关元件。在设计控制电路时，必须严格避免同时导通同侧上下两个开关（即防止“直通”）。实际刹车常用的是同时导通同侧对角的两个开关（如Q1&Q3或Q2&Q4）来实现短路制动。

图示短路制动 (例如导通 Q1 & Q2)：

+VDC
|
|-------[ Q1 开]--->>---(+) Motor (-)
|                       |
|                       |
|                       |
|                       |
|-------[ Q2 开]--->>---'   <--- 电流在电机内部形成环路短路
|
GND

4. 自由停止状态 (所有开关关断)

导通开关： 无 (Q1, Q2, Q3, Q4 全关)
电流路径： 无外部电源电流。电机依靠惯性滑行，逐渐停止。

图示：

+VDC
|
|-------[ Q1 关]        |         |        [ Q3 关]-------|
|                       | Motor   |                       |
|                       |         |                       |
|-------[ Q2 关]        |         |        [ Q4 关]-------|
|
GND

关键点与注意事项

避免电源短路 (直通)： 任何情况下都绝对禁止同时导通上下同一侧的开关 (如 Q1 & Q2 或 Q3 & Q4)。这会导致电源+VDC 直接短路到 GND，瞬间产生极大电流，烧毁开关元件甚至电源。
互锁/死区时间： 在实际电路设计中（尤其是使用晶体管/MOSFET时），必须采用硬件互锁或软件控制逻辑（死区时间），确保在状态切换（如正转切反转）时，上下管的导通之间存在一个短暂的无电流时间间隔，防止瞬间直通。
续流二极管/保护二极管： 电机是感性负载，开关关断瞬间会产生很高的反向电动势（电压尖峰）。在每个开关元件（晶体管/MOSFET）两端需要并联一个续流二极管，为这个尖峰电压提供泄放回路，保护开关元件不被击穿。这是实际电路必不可少的保护元件。
- 通常：每个开关元件都并联一个二极管（阴极接电源端/正极侧开关的漏极，阳极接负极侧开关的源极/GND）。
元件选择： 开关元件（Q1-Q4）的电压、电流参数必须足够承受电源电压、电机启动/堵转电流以及续流电流。
实际实现：
- 低电压小电流： 可使用逻辑门驱动4个MOSFET或双极晶体管。
- 中高功率或简化控制： 使用现成的半桥（集成2个开关+驱动）或全桥/H桥集成驱动芯片（如L298N, DRV8871, TB6612FNG等），这类芯片内部集成了功率管、驱动电路、保护逻辑（过热保护、过流保护）和死区时间生成电路，极大简化设计和提高可靠性。
- 继电器H桥： 在控制精度要求不高的场合（如只需正/反转/停），也可用4个单刀双掷继电器或两个双刀双掷继电器构成H桥。优点是控制简单（ON/OFF信号），隔离好。缺点是切换速度慢、有机械寿命、会产生火花。同样要注意继电器的时序，避免电源短路。